【発明の詳細な説明】
裏面放出型顕微鏡検査を用いた探測
発明の背景
本発明は、概していえば放出型顕微鏡検査に関するものであり、詳細には集積
回路（ＩＣ）被検体の欠陥部分を突き止めるための裏面放出型顕微鏡検査を用い
た探測方法および装置に関する。
現在、放出型顕微鏡検査は、電気試験信号によって刺激された集積回路半導体
ウェハの不良部分からの光子の放出を観察することにより、破断モードを突き止
めるために使用されている。最近まで、表面放出型顕微鏡検査、すなわちウェハ
または完成部品の表面を観察することが、探測環境への組み込みがかなり容易な
方法として効果的に使用され、また好結果をもたらしてきた。実際、最終的にこ
れを目的とした放出型顕微鏡を取り付けるべく、実に多くのプローブステーショ
ンが、本件出願者らの譲受人およびその他の製造業者によって製造されている。
表面放出試験に係わる問題は、表示光（tell tale light）の放出が裏面金属,
ドープ剤およびその他の不明物によってしばしば隠蔽される点にある。この種の
放出型顕微鏡検査法で必要とされる情報をつかむためには、ウェハの裏面の放出
光子を観察することが有利である。ある種の初期の仕事は、完成品に本来備わっ
ているリードフレームを介して刺激され、必ずしも表面への接近を必要としない
ような完成部品の試験において達成されている。しかしながら、裏面放出試験に
係わる主要な問題は、目標部分を刺激して光子を放出するため、しばしば被検体
の表面を探測しなければならない点にある。
集積回路ウェハを試験し、しかも裏面放出試験の間に完成部品の探測を考慮す
ることにより、探測ステーションの製造に関連して相当数の問題が生ずる。最も
重大な問題は、プローブの位置決めを行い、かつ裏面に生ずる放出活動を観察を
するため、試験されるデバイスの表面を可視化する能力の問題である。さらに問
題を悪化させているのは、現行のウェハの直径が現在は８インチであるが、それ
が１２インチになりつつあって、これにより被検体および観察器具両者には全範
囲に亙って位置決め動作が必要とされることである。また、裏面試験の場合、一
般に被検デバイス（ＤＵＴ）ウェハ材料の裏面がかなりの量除去されるため、被
検デバイスが薄くなってしまう。完成部品の場合はそれほど決定的ではないが、
特に直径が大きいウェハの場合には、回路を刺激する間のプローブの前方力によ
ってウェハが破損することがあるため、ＤＵＴ材料の除去は、時に非常に重大な
問題となる。
発明の概要
実際の典型的な探測ステーションの構成は水平である。すなわち、被検体は、
光観察軸が保持面に対して垂直となる状態で水平方向に位置決めされたチャック
に保持されている。さらに、固定位置プローブカードおよび単動マニピュレータ
の働きを容易にするプラテンは、保持面と平行をなして水平位置にある。このよ
うな条件下での裏面放出型顕微鏡検査は可能ではあるけれども、これを使用する
ことは非常に難しく、設定および取り扱いの両面でユーザ側のかなりの努力が必
要となる。
本発明を実施する装置および方法は、放出型プローブステーションのユーザに
は一般によく知られている手法を保ちつつ裏面放出型顕微鏡検査の実行を簡単に
するものである。本明細書に記載の実施例に従う方法とは、例えばウェハまたは
完成デバイスなどの被検体を垂直面内で支持し、被検体を水平面の両側から観察
する方法である。従って、実施例では、第１の顕微鏡を被検体の表面を観察する
ために位置決めし、第２の顕微鏡を被検体の裏面を観察するために位置決めした
状態で、欠陥部分を突き止めるための裏面放出型顕微鏡検査を用いた探測につい
て例示される。被検体を第１および第２の顕微鏡平面に対して垂直な平面内に支
持するために、キャリアが設けられている。被検体の裏面には、前記第２の顕微
鏡で観察するために検査対象領域を露出した状態で裏面支持具、例えば一対の支
持具が位置決めされる。
第１の顕微鏡には、被検体表面の照明画像を獲得するために白色光カメラが取
り付けられ、被検体裏面の位置標識（site indicia）と一致するように画像を生
成する。第２の顕微鏡に取り付けられた光放出反応カメラは、試験プローブによ
って被検体の端子に印加される電気試験信号に応答し、被検体裏面の光放出画
像を獲得する。被検体の欠陥部分の位置を同定するため、光放出反応カメラは照
明画像と重ね合わせられるための放出画像を生成する。
本明細書に記載の実施例では、顕微鏡は鉛直および水平両位置間において回転
可能であり、ここで被検体は裏面放出型顕微鏡検査のために鉛直平面内に支持さ
れる。回転可能に顕微鏡を配置したプローブステーションは、試験される被検体
を鉛直平面内に支持する手段を用い、鉛直位置にあるウェハおよび完成部品を可
視化し、探測することを考慮している。従って、顕微鏡を被検デバイスの両面に
取り付けることにより、この配列によって被検体に対して垂直にある顕微鏡を水
平面に位置決めすることが可能となる。また、固定位置プローブカードおよびホ
ルダが同一平面内にあるか、あるいは表面探測用の単一位置決め可能なプローブ
があれば、このプローブステーション配列によって鉛直位置にあるウェハおよび
完成部品の可視化および探測も可能となる。
このプローブステーションには、オペレータが座標系の変更に困惑しないよう
に、制御目的の軸線の切り換え機構も装備されている。この軸線の切り換えによ
って、水平および鉛直何れの場合の探測も依然容易なままで、単一の装置を表面
放出試験および裏面放出試験の両用に使用することが可能となる。従って、本明
細書に記載の装置は、表面放出型顕微鏡検査または裏面放出型顕微鏡検査の何れ
の場合にも、それぞれその鉛直位置と水平両位置との両方の間で回転可能な顕微
鏡を提供するものであり、ここで、プローブの位置決めは、顕微鏡の水平および
鉛直の両位置にある被検体上にプローブを位置決めするため、ｘ−ｙ座標系を維
持する制御軸線の切り換え機構を装備したマニピュレータによって制御される。
簡単に述べると、本発明は、放出型プローブステーション装置、ならびに、例
えば半導体ウェハまたは完成デバイスなどの第１および第２の背中あわせの面を
有する集積回路被検体の欠陥部分を突き止める方法に関する。被検体表面の観察
用に第１の顕微鏡が設けられ、被検体裏面の観察用には第２の顕微鏡が設けられ
ている。被検体は、第１および第２の両顕微鏡の平面に対して垂直な平面内に支
持される。被検体表面の照明画像が獲得され、その照明画像が被検体裏面の位置
標識と一致するように生成される。電気試験信号が被検体表面上の端子に印加さ
れ、被検体に印加された試験信号に応答して信号被検体裏面の光放出画像が獲得
される。被検体の欠陥部分の場所の同定は、光放出画像と照明画像とを重ね合わ
せることによって達成される。
本発明の１つの目的は、従来技術の欠点および問題点を克服する裏面放出型顕
微鏡検査を用いた探測を提供することにある。
本発明の別の目的は、第１および第２の背中あわせの面を有する集積回路被検
体の欠陥部分を突き止める放出型プローブステーション装置を提供することにあ
る。
本発明の別の目的は、集積回路被検体の欠陥部分を突き止める裏面放出型プロ
ーブステーション装置を提供することにある。
本発明のまた別の目的は、集積回路被検体の欠陥部分を突き止める方法を提供
することにある。
本発明のその他の目的および利点は、添付の図面を参照しながら引続き本明細
書および請求の範囲を良く読むことによって、当業者には明らかとなろう。
図面の簡単な説明
図１は、本発明を実施する裏面放出型プローブステーションを示す図である。
図２は、表面放出型顕微鏡検査用に回転可能に構成された図１の裏面放出型プ
ローブステーションを示す図である。
図３Ａおよび図３Ｂは、本発明による、顕微鏡の平面に対して垂直な鉛直平面
内にＤＵＴ被検体を支持する他のキャリア支持具の実施例を示す図である。
図４は、放出型顕微鏡対物レンズ用観察部品を示す図１の裏面放出型プローブ
ステーションの斜視図である。
好ましい実施例の詳細な説明
図面、特に図１および図２について説明する。同図は、例えば半導体ウェハな
どの集積回路被検体の欠陥部分を突き止める装置であって、本発明を実施する裏
面放出型顕微鏡検査を用いた探測を提供する装置の概略を示しており、その装置
は参照数字１０で識別される。突き止められる典型的な欠陥部分には、誘電体お
よび保護層の欠陥，静電気放出損傷，ホットエレクトロン効果，飽和トランジス
タ，電気泳動空隙（electromigration voiding）などが含まれるが、これらに限
定されるものではない。放出型プローブステーション装置１０は、放出型顕微鏡
１１および光放出反応カメラ１２を有する。放出型顕微鏡１１は、Ｚ軸支持部材
１４上に回転可能に取り付けられ、この支持部材１４によってＤＵＴキャリア１
６内の被検体を観察するための放出型顕微鏡１１が位置決めされる。ここで、顕
微鏡１１は後で論じるように９０度の姿勢変化を考慮し、顕微鏡スイベル付き支
持部材３８に取り付けられている。ＤＵＴキャリア１６は、ＤＵＴキャリア受け
１８内に支持されている。図１では、プローブステーション固定位置プローブカ
ード２０を、ＤＵＴキャリア１６およびＤＵＴキャリア受け１８の右側または裏
面に示してある。関連顕微鏡スイベルが付いたもう１つのＺ軸支持部材２２によ
って、顕微鏡２３およびこの顕微鏡２３に取り付けられた白色光カメラ２４が回
転可能に支持されている。
図１に示すように、顕微鏡２３は、顕微鏡１１と向い合わせに支持されており
、ＤＵＴ、すなわち被検体４４の第１および第２の背中あわせの面の観察が容易
となっている。プローブステーションプラテン２８上には、固定位置プローブカ
ード２０に対して移動可能な複数のプローブホルダおよびプローブを位置決めす
るための３つの軸制御装置２６を具えたマイクロマニピュレータが支持されてい
る。プローブステーション底板３４からのＤＵＴキャリア取り付け台３２には、
キャリア受け１８が装置１０の標準ウェハチャッkuの位置に支持されている。
実際において、典型的なプローブステーションの構成は水平である。すなわち
、図１の装置１０の表面観察構成に関連して示され、以下に説明されるように、
被検体は、光観察軸が保持面に対して垂直となる状態で水平方向に位置決めされ
たチャックに保持される。装置１０は通常、探測の間ＤＵＴを絶縁するための閉
鎖された制御環境内に置かれており、検出操作のためにしばしば電磁干渉および
光干渉が除去される。さらに、固定位置プローブカードおよび単動マニピュレー
タの両者の働きを容易にするプラテンは、保持面と平行をなして水平位置にある
。このような条件下での裏面放出型顕微鏡検査は、それを使用するユーザ側で設
定および取り扱いの両面でかなりの努力が必要とされるため、可能であるとはい
え、困難である。装置１０などの試験ステーションは、電子デバイスの適正な動
作を
決定するために使用され、それらには、例えば移動可能なプローブホルダおよび
プローブ３０などの電気試験信号導入のために被検体４４上の所定の端子との十
分な電気的接触を保証および確立するプローブ組み立て品が含まれる。プローブ
３０ならびに顕微鏡１１および顕微鏡２３は、３次元内でそれぞれ独立に調整可
能である。プローブ３０の調整は、３つの軸制御装置２６を備えたマイクロマニ
ピュレータを使用して行われる。このようなマイクロマニピュレータは現在では
市販されており、この目的に対して好適である。本明細書に記載の実施例では、
より使い易くするため、例えば被検体上のプローブ３０を顕微鏡１１および顕微
鏡２３の水平位置または鉛直位置の何れかに位置決めするＸ−Ｙ座標系を維持す
るように、制御軸線の切り換えを可能にする一対のマニピュレータ２６などの回
転可能な装置１０を用い、マイクロマニピュレータの３つの軸制御装置２６に部
分的な変更を加えることを企図している。
本明細書に記載の方法は、被検体４４（すなわち、ウェハまたは完成デバイス
）を鉛直平面内に支持するものであり、これによって被検体４４は水平面の両側
から観察されることになる。図１において、被検体４４の正面図が、裏面の光放
出能力を考慮して本明細書に記載の標準プローブステーション３４上に取り付け
られた放出型顕微鏡１２の実施例に現れる。この方法では、被検体４４を可視化
する２つの顕微鏡１１および２３を使用するが、顕微鏡１１には光放出反応カメ
ラ１２が取り付けられ、顕微鏡２３には被検体４４の表面観察用のカメラ２４、
本明細書では典型的な白色光カメラが取り付けられており、ここで被検体４４は
鉛直に、かつ顕微鏡１１および顕微鏡２３の平面に対して垂直に取り付けられる
（図１および図４参照）。説明したように、プローブの左側にある顕微鏡１１は
本実施例では放出型顕微鏡１１であり、右側にある顕微鏡２３は白色光顕微鏡２
３である。カメラ２４は、被検体表面の照明画像を獲得し、被検体裏面の位置標
識と一致するように照明画像を生成する。なぜならば、本明細書に記載の裏面放
出試験には、表面画像および裏面画像を重ね合わせるのに先立ち、両画像のうち
の一方を反転処理する必要があるからである。もちろん、この目的においては表
面画像または裏面画像の何れかを反転してもよい。このように、被検体の欠陥部
分の場所の同定は、光放出画像と照明画像とを重ね合わせることによって達成さ
れる。しかし、ある場合において、裏面からの欠陥位置情報を判定するために裏
面から見てすぐわかる十分な回路標識が存在することもある。
本明細書に記載の実施例においては、このような装置１０により、集積回路被
検体４４の欠陥部分を突き止める裏面放出型顕微鏡検査が容易になっており、こ
こで顕微鏡２３は被検体表面を観察するように位置決めされ、顕微鏡１１は被検
体４４の裏面を観察するように位置決めされる。両顕微鏡の平面に対して垂直な
平面内にある被検体４４を支持するため、キャリア１６が設けられている。顕微
鏡２３には、被検体４４の表面の照明画像を獲得するために白色光カメラ２４が
取り付けられ、このカメラによって、被検体裏面の位置標識と一致するように照
明画像が生成される。顕微鏡１１に取り付けられた光放出反応カメラ１２は、固
定位置プローブカード２０または試験プローブ３０によって被検体端子に印加さ
れた電気試験信号に応答し、被検体４４の裏面の光放出画像を獲得する。光放出
反応カメラ１２は、被検体４４の欠陥部分の場所を同定するため、照明画像と重
ね合わせられる光放出画像を生成する。さらに、両顕微鏡は鉛直位置と水平位置
との間で回転可能になっており、一方、被検体４４は裏面放出型顕微鏡検査のた
めに鉛直面内に支持され、顕微鏡１１および２３は鉛直方向に向けられた被検体
４４が支持される平面を貫通する共通の水平軸に沿って位置合わせされている。
前述のようなプローブステーション装置１０には、例えば放出型顕微鏡検査，
赤外顕微鏡検査，白色光顕微鏡検査などの目的とする解析の種類に特有であろう
と思われる様々な種類の一対の顕微鏡１１および２３が設けられている。もちろ
ん、顕微鏡の左右位置の選択は任意であり、逆にすることも容易にできよう。顕
微鏡１１および２３の両者は、例えば、通常は鉛直に取り付けられている顕微鏡
を左右方向に９０度回転させることができるような、従って水平位置をとらせる
ことができるような回転要素３８を用い、水平ブリッジ構造で取り付けられるこ
とを理解されたい。従って、典型的な探測が必要とされる場合には、回転要素３
８によってプローブステーションをより通常の構成である水平の構成で使用する
ことが可能であり、裏面放出型探測の場合には、迅速に鉛直の構成に変えること
が可能となる。
水平位置または鉛直位置での操作時に、座標系の変更でオペレータが困惑する
ことのないように、プローブステーション１０には自動軸線切り換え機構が装備
されていることに留意されたい。このような方法の有用性は、図示された構成を
表面放出試験および裏面放出試験の何れの場合にも使用することができ、同時に
水平および鉛直何れの位置においても探測の容易さが維持される点にある。例示
として、一対のマニピュレータ２６を白色光顕微鏡２４の直前と直後とに位置決
めし、同時に裏面放出中に試験状態を探測するため、プローブ３０が装着された
状態を示した。逆に、典型的な表面放出試験および／または典型的な探測構成に
ついては、図２を参照されたい。本明細書に記載の実施例においては、顕微鏡１
１および顕微鏡２３上の光放出反応カメラ１２および白色光カメラ２４は、何れ
も鉛直方向に９０度回転し、鉛直に取り付けられるウェハ／完成デバイスキャリ
ア（図１の参照符号１６，１８を参照のこと）が水平に置かれた標準的ウェハチ
ャック４０に取って代えられる。所望の結果を得るため、放出型顕微鏡１２また
は白色光顕微鏡２８の何れも採用することができよう。この表面放出試験におい
ては、顕微鏡は鉛直位置に相互に横並びするように位置決めされ、各顕微鏡は、
他方の顕微鏡が横並びするように位置決めされた状態で被検体４４の上方に位置
決め可能である。
個別の回路を試験している間、プローブと試験対象物との接触を維持しながら
回路の別の部分を調べることが望ましい。非常に高い倍率では、顕微鏡の視界が
相対的に狭くなり、試験対象物の所望の領域を全て観察できるようにするため、
固定プローブに対して顕微鏡の水平変位が必要となることがある。従って、プロ
ーブステーション装置１０は、顕微鏡位置の正確な調整を可能にし、またステー
ジ位置の正確な調整を可能にするだけでなく、Ｚ軸制御装置を備えたマイクロマ
ニピュレータ２６を使用することで、個々のプローブを正確に位置決めすること
も可能にする。
例示したプローブステーション１０の説明を容易にするため、直線変位をＸ，
ＹおよびＺ軸で表す。図１および図２について説明すると、試験ステーションの
前面とは、顕微鏡１１の接眼レンズが設置されている面であり、「左」および「
右」は、ユーザの立場にある者、すなわち試験ステーションの前でそれに向かっ
て立っている者との関係で用いられる。Ｘ軸とは左右方向を言い、Ｙ軸とは
前後方向を言い、さらにＺ軸とは鉛直方向を言う。
図３Ａは、鉛直のウェハ／完成デバイスキャリア１６を説明するキャリア支持
具５０の実施例を示す。受け１８およびマウントベース３２が通常のウェハチャ
ックの場所に置き換えたＸ，Ｙステージに取り付けられ、鉛直平面内で被検体４
４を支持するための取り付け台を提供している。被検体４４、すなわちウェハま
たは完成デバイスをロード／アンロードするため、完成部品またはウェハの何れ
かを収容しているキャリア１６が受け１８内に挿入される。ウェハ試験の場合、
ＤＵＴ被検体４４の位置をしっかりと固定するため、キャリア１６が受け１８内
に位置決めされると、直ちに真空状態にされる。被検体４４が半導体ウェハの場
合、キャリア１６の環状真空リングまたは開口を用いて真空状態にすることがで
きる。完成部品の場合は、ＤＵＴは、すぐ後にキャリア１６および受け１８に挿
入される標準ソケットカードなどの、ＰＣＢにはんだ付けされたソケット内に挿
入されるため、真空状態は必要ではない。さらに、多くの放出−探測設定におい
て、移動可能なプローブ３０と共に、また移動可能なプローブ３０なしで使用さ
れる固定位置プローブカード（図１および図３Ｂの参照符号２０を参照のこと）
を別の実施例として追加使用し、検査対象回路を刺激することができる。一例と
して、図３Ｂに別の実施例であるキャリア支持具５２を示す。固定位置プローブ
カード２０の適用には、平面化調整およびＤＵＴ被検体４４に対する適当なプロ
ーブ調整のための回転位置合わせに加え、適切なホルダ４８が使用される。ＰＣ
Ｂ取り付け部材または固定位置プローブカード２０を顕微鏡とカードとが同時に
移動するようにし、顕微鏡２３と共に取り付けるために使用することもできる。
このように、回転可能な顕微鏡配列を備えたプローブステーション１０は、試
験される被検体44を鉛直平面内に支持する手段と、被検体４４がその表面に加え
られるプローブの力によって破断する可能性を排除するためにそれを裏面から支
持する手段とを用い、鉛直位置にある被検体４４、すなわちウェハおよび完成部
品の可視化と探測とを可能とする。放出光子の観察を可能にするため、ウェハま
たは完成デバイスの材料を取り除くか、あるいはそれらの裏面を薄くする必要が
ある場合、例えばプローブ３０が表面で用いられるときにウェハ４４を裏面か
ら支持するような装備がウェハキャリア１６に対してなされる。これは、ウェハ
破断のおそれがある場合に提供される。１プローブ当り約２〜４グラムとして２
ダースまたはそれより多数のプローブを使用する場合、被検体４４にかかる機械
的応力はかなり重大な意味を持つ。ウェハの裏面が薄くなっている場合には特に
重大である。従って、ウェハキャリア受け１８には、放出型顕微鏡１１の検査対
象領域をじゃますることなく、ウェハ被検体４４をその裏面から支持する一対の
位置決め可能な構造物４６が設けられる。これらの支持具４６は調整可能であっ
て、光放出位置をじゃますることなくウェハ域全体に亙って観察することが可能
となっている。
図４は、参照符号４２で示される放出型顕微鏡対物レンズ用の観察部品が追加
された図１の装置の別な斜視図である。追加部品は、ウェハ裏面方向に押される
とシールを構成するシールカップ４２である。シールカップ４２が押されると、
シールカップ４２によって生じた空隙に、例えば対物レンズまたはＤＵＴ材料の
個々のガラス要素と屈折率が等しい液体エマルジョンなどの屈折液体が満たされ
る。ここで屈折率は、最良の結果が得られるということであれば、対物レンズま
たはＤＵＴ材料何れのガラス要素の屈折率でもよい。ここでの目的は、各屈折率
の境界で起こる光損失を減じることにより、系の光学的効率を高めることにある
。シールカップ４２は、ウェハ被検体４４の裏面を支持するためにも使用するこ
とができる。
放出型顕微鏡検査は、高感度であれば不良部分の突き止めに役に立つが、この
ために、屈折液体によって欠陥の正確な位置決めを行い易くするという微妙な手
法である。従って、顕微鏡２３は屈折率が被検体４４のガラス層に実質的に匹敵
する流体，液体または油を通して被検体４４の裏面を観察するように位置決めさ
れ、これにより、プローブ３０によって被検体に印加された試験信号に応答して
被検体４４の裏面の光放出画像を獲得するため、顕微鏡２３に取り付けられた光
放出反応カメラ２４を使用して光放出画像を生成する際に、光学感度が高まるよ
うになっている。
本発明をその好ましい実施例について例示して説明してきたが、当業者ならば
いくつかの修正を思いつくこともあることを理解されたい。また、本発明の精神
および範囲内にあるそれらすべての変更および修正については、請求の範囲で扱
うものとすることを理解されたい。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Probing using back emission microscopy
Background of the Invention
The present invention relates generally to emission microscopy, and in particular to integrated
Circuit (IC) using back-emission microscopy to locate defects in the subject
And a surveying method and apparatus.
Currently, emission microscopy is an integrated circuit semiconductor stimulated by electrical test signals
Identify break modes by observing photon emission from defective parts of the wafer
Used to Until recently, surface emission microscopy, ie, wafer
Or, observing the surface of the finished part is much easier to integrate into the exploration environment
It has been used successfully and has been successful. In fact, finally
In order to mount an emission microscope for this purpose, a large number of probe stations are used.
Are manufactured by the assignees of the Applicants and other manufacturers.
The problem with surface emission testing is that the emission of tell tale light is
It is often obscured by dopants and other unknowns. This kind of
In order to capture the information needed for emission microscopy, the emission of the backside of the wafer
It is advantageous to observe photons. Some early work is inherent in the finished product
Stimulated through a moving leadframe and does not necessarily require access to the surface
This has been achieved in testing such finished parts. However, for backside release testing
The main problem involved is that the target is often stimulated to emit
The point is that the surface must be probed.
Tests integrated circuit wafers and allows for exploration of finished parts during backside emission testing
This raises a number of problems related to the production of the probing station. most
A critical issue is positioning the probe and observing emission activity occurring on the backside.
Therefore, it is a matter of the ability to visualize the surface of the device being tested. Further questions
Worse, the current wafer diameter is currently 8 inches, but
Is becoming 12 inches, which provides a full range of
A positioning operation is required over the enclosure. Also, in the case of the backside test,
In general, a significant amount of the backside of the device under test (DUT) wafer material is removed, resulting in
The inspection device becomes thin. Not so definitive for finished parts,
Especially for large diameter wafers, the forward force of the probe while stimulating the circuit
Removal of DUT material is sometimes very critical because the wafer may be damaged
It becomes a problem.
Summary of the Invention
The configuration of an actual typical probe station is horizontal. That is, the subject
Chuck positioned horizontally with optical observation axis perpendicular to holding surface
Is held in. In addition, fixed position probe cards and single-acting manipulators
The platen, which facilitates the operation of, is in a horizontal position parallel to the holding surface. This
Use back emission microscopy under such conditions, although possible
Is very difficult and requires considerable user effort in both configuration and handling.
It becomes important.
Apparatus and methods embodying the present invention provide users of emission probe stations with
Makes it easy to perform back-emission microscopy while maintaining commonly known techniques
Is what you do. Methods according to the embodiments described herein include, for example, a wafer or
Supports a subject such as a completed device in a vertical plane, and observes the subject from both sides of the horizontal plane
How to Therefore, in the embodiment, the first microscope observes the surface of the subject.
And the second microscope was positioned to observe the back of the subject
In the state, the detection using back emission microscopy to locate the defect
Is exemplified. The subject is supported in a plane perpendicular to the first and second microscope planes.
A carrier is provided for carrying. On the back surface of the subject, the second microscope
A back support, for example, a pair of supports, with the inspection target area exposed for observation with a mirror.
The implement is positioned.
The first microscope is equipped with a white light camera to acquire an illumination image of the object surface.
The image is generated so that it matches the position indicator (site indicia) on the back of the subject.
To achieve. The light emission reaction camera attached to the second microscope is controlled by the test probe.
Response to the electrical test signal applied to the terminals of the subject
Acquire an image. The light emission response camera is illuminated to identify the location of the defect in the subject.
Generate an emission image to be overlaid with the bright image.
In the embodiment described herein, the microscope is rotated between both vertical and horizontal positions.
Where the subject is supported in a vertical plane for back emission microscopy.
It is. The rotatable microscope station is used for the probe to be tested.
Means for supporting wafers in a vertical plane, and allowing wafers and finished parts
Considering visualization and exploration. Therefore, place the microscope on both sides of the device under test.
By mounting, this arrangement allows the microscope, which is perpendicular to the
Positioning on a plane becomes possible. In addition, fixed position probe card and
Single-positionable probe for rudder co-planar or surface probing
If present, the probe station arrangement allows the wafers in the vertical position and
Visualization and probing of the finished parts will also be possible.
This probe station will not disturb the operator from changing the coordinate system.
In addition, an axis switching mechanism for control purpose is also provided. By switching this axis,
This means that a single device can be surfaced while both horizontal and vertical
It can be used for both the release test and the backside release test. Therefore,
The equipment described in the textbook can be used for either surface emission microscopy or back emission microscopy.
In each case, the microscope is rotatable between both its vertical position and horizontal position.
Providing a mirror, wherein the positioning of the probe is horizontal and horizontal of the microscope
An xy coordinate system is maintained to position the probe on the subject at both vertical positions.
It is controlled by a manipulator equipped with a mechanism for switching the control axis.
Briefly stated, the present invention is directed to an emission probe station device and an example.
For example, the first and second back-to-back surfaces of a semiconductor wafer or a completed device
The present invention relates to a method of locating a defective portion of an integrated circuit object having the same. Observation of subject surface
And a second microscope is provided for observation of the back surface of the subject.
ing. The subject is supported in a plane perpendicular to the planes of both the first and second microscopes.
Be held. An illumination image of the front surface of the subject is acquired, and the illumination image is positioned on the back surface of the subject.
Generated to match the sign. An electrical test signal is applied to the terminals on the
Light emission image on the back side of the signal subject in response to the test signal applied to the subject
Is done. The location of the defect in the object can be identified by superimposing the light emission image and the illumination image.
Achieved by
One object of the present invention is to provide a back-emitting microscopy that overcomes the disadvantages and problems of the prior art.
An object of the present invention is to provide a survey using microscopy.
It is another object of the present invention to provide an integrated circuit test having first and second back-to-back surfaces.
To provide an emission probe station device for locating body defects
You.
It is another object of the present invention to provide a back-emitting type projector for locating a defective portion of an integrated circuit object.
Station device.
It is another object of the present invention to provide a method for locating defective portions of an integrated circuit object.
Is to do.
Other objects and advantages of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
Upon reading the text and claims, it will become apparent to one skilled in the art.
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
FIG. 1 is a diagram showing a back-emission type probe station embodying the present invention.
FIG. 2 shows the back-emission pump of FIG. 1 rotatably configured for surface-emission microscopy.
It is a figure showing a robe station.
3A and 3B show a vertical plane perpendicular to the plane of the microscope according to the invention.
It is a figure showing an example of other carrier support tools which support a DUT subject inside.
FIG. 4 is a back emission probe of FIG. 1 showing an observation part for an emission microscope objective lens.
It is a perspective view of a station.
Detailed Description of the Preferred Embodiment
Reference is made to the drawings, and in particular to FIGS. The figure shows a semiconductor wafer, for example.
A device for locating a defective part of an integrated circuit object, which is a background for practicing the present invention.
FIG. 1 shows an overview of an apparatus for providing probing using surface emission microscopy;
Is identified by the reference numeral 10. Typical defects that can be located include dielectrics and
Of protective layer and protective layer, electrostatic discharge damage, hot electron effect, saturation transistor
Data, electromigration voiding, etc.
It is not specified. The emission probe station apparatus 10 is an emission microscope.
11 and a light emission response camera 12. The emission microscope 11 is a Z-axis support member.
14, which is rotatably mounted on the DUT carrier 1.
The emission microscope 11 for observing the subject in 6 is positioned. Where
The microscope 11 takes into account a 90-degree attitude change as will be discussed later, and supports the microscope with a swivel.
It is attached to the holding member 38. The DUT carrier 16 receives the DUT carrier.
18 supported. In FIG. 1, the probe station fixed position probe
Card 20 to the right or back of DUT carrier 16 and DUT carrier receiver 18.
On the surface. With another Z-axis support member 22 with an associated microscope swivel
Thus, the microscope 23 and the white light camera 24 attached to the microscope 23 are rotated.
Rollably supported.
As shown in FIG. 1, the microscope 23 is supported facing the microscope 11.
, DUT, that is, the first and second back-to-back surfaces of the subject 44 can be easily observed.
It has become. The probe station platen 28 has a fixed position probe
Positioning a plurality of probe holders and probes movable with respect to the
A micromanipulator with three axis controllers 26 for supporting
You. On the DUT carrier mounting table 32 from the probe station bottom plate 34,
A carrier receiver 18 is supported at the position of the standard wafer chuck of the apparatus 10.
In practice, the configuration of a typical probe station is horizontal. Ie
, As shown and described below in connection with the surface viewing configuration of the device 10 of FIG.
The subject is positioned horizontally with the optical observation axis perpendicular to the holding surface.
Held by the chuck. Apparatus 10 is normally closed to isolate the DUT during probing.
It is located in a chained control environment and often uses electromagnetic interference and
Optical interference is eliminated. In addition, fixed position probe cards and single-acting
The platen, which facilitates the work of both sides, is in a horizontal position parallel to the holding surface
. Under these conditions, back-emission microscopy is set up by the user who uses it.
Yes, because considerable effort is required in both configuration and handling
Eh, it's difficult. A test station, such as the apparatus 10, provides the proper operation of the electronic device.
Work
Used to determine, for example, a movable probe holder and
In order to introduce an electrical test signal from the probe 30 or the like, the terminal
Includes a probe assembly that ensures and establishes good electrical contact. probe
30 and microscope 11 and microscope 23 can be adjusted independently in three dimensions
Noh. The adjustment of the probe 30 is performed by a micromanifold equipped with three axis controllers 26.
This is done using a purator. Such micromanipulators are nowadays
It is commercially available and suitable for this purpose. In the examples described herein,
In order to make it easier to use, for example, the probe 30 on the subject is
Maintain an XY coordinate system for positioning the mirror 23 at either the horizontal position or the vertical position.
As described above, a pair of manipulators 26 and the like that can switch the control axis are rotated.
Using the rotatable device 10 and the three axis control devices 26 of the micromanipulator.
It is intended to make partial changes.
The method described herein may be applied to a subject 44 (ie, a wafer or a completed device).
) Is supported in a vertical plane, so that the subject 44 is positioned on both sides of the horizontal plane.
Will be observed from. In FIG. 1, the front view of the subject 44 is a
Mounted on the standard probe station 34 described herein for output capability
Appear in the embodiment of the emission microscope 12 described above. In this method, the subject 44 is visualized.
Microscopes 11 and 23 are used.
The camera 23 for observing the surface of the subject 44 is attached to the microscope 23.
A typical white light camera is attached here, where the subject 44 is
Mounted vertically and perpendicular to the plane of microscope 11 and microscope 23
(See FIGS. 1 and 4). As explained, the microscope 11 on the left side of the probe
In this embodiment, the emission microscope 11 is used, and the microscope 23 on the right side is a white light microscope 2.
3. The camera 24 acquires an illumination image of the front surface of the subject, and
An illumination image is generated so as to match the sense. Because the backside release described in this specification
Before the superimposition of the front and back images,
Is required to be inverted. Of course, for this purpose
Either the surface image or the back surface image may be inverted. Thus, the defective part of the subject
Minute location identification was achieved by overlaying the light emission image with the illumination image.
It is. However, in some cases, to determine defect position information from the back side,
There may be enough circuit markings that are readily apparent from the surface.
In the embodiment described herein, such an apparatus 10 provides an integrated circuit package.
Backside emission microscopy for locating defective parts of the specimen 44 has been facilitated.
Here, the microscope 23 is positioned so as to observe the surface of the subject, and the microscope 11 is
The body 44 is positioned so as to observe the back surface. Perpendicular to the plane of both microscopes
The carrier 16 is provided to support the subject 44 in the plane. Microscopic
The mirror 23 has a white light camera 24 for acquiring an illumination image of the surface of the subject 44.
The camera is mounted and illuminated by the camera so that it matches the position marker on the back of the subject.
A bright image is generated. The light emission reaction camera 12 attached to the microscope 11
The voltage applied to the subject terminal by the fixed position probe card 20 or the test probe 30
In response to the electrical test signal obtained, a light emission image of the back surface of the subject 44 is acquired. Light emission
The reaction camera 12 overlaps the illumination image to identify the location of the defective portion of the subject 44.
Produce a light emission image that is keyed. In addition, both microscopes have a vertical position and a horizontal position.
, While subject 44 was examined for back emission microscopy.
The microscopes 11 and 23 are supported in a vertical plane, and the microscopes 11 and 23 are vertically oriented.
44 is aligned along a common horizontal axis passing through the plane in which it is supported.
The probe station apparatus 10 as described above includes, for example, emission microscopy,
Specific to the type of analysis desired, such as infrared microscopy, white light microscopy
There are provided a pair of microscopes 11 and 23 of various types which are supposed to be. Rice cake
The selection of the left and right positions of the microscope is arbitrary, and it is easy to reverse the position. Manifest
Both the microscopes 11 and 23 are, for example, microscopes which are normally mounted vertically.
Can be rotated 90 degrees to the left and right, thus taking a horizontal position
Can be mounted in a horizontal bridge configuration using a rotating element 38
Please understand. Therefore, when typical probing is required, the rotating element 3
8 uses the probe station in a more conventional configuration, the horizontal configuration
Can be quickly changed to a vertical configuration in the case of back-emission sounding.
Becomes possible.
Operators are confused by changing the coordinate system when operating in horizontal or vertical position
The probe station 10 is equipped with an automatic axis switching mechanism to prevent
Note that this has been done. The usefulness of such a method is to
It can be used for both surface release test and backside release test,
The point is that the easiness of the search is maintained in both the horizontal and vertical positions. Example
The pair of manipulators 26 are positioned immediately before and after the white light microscope 24.
At the same time, a probe 30 was attached to probe the test condition during the backside discharge.
The state was shown. Conversely, for typical surface emission testing and / or typical probing configurations
See FIG. 2 for details. In the embodiment described in this specification, the microscope 1
1 and the light emission reaction camera 12 and the white light camera 24 on the microscope 23
Also rotates 90 degrees in the vertical direction, and the vertically mounted wafer / completed device carrier
A (see reference numerals 16 and 18 in FIG. 1) is a standard wafer chip placed horizontally.
The jack 40 is replaced. To obtain the desired result, the emission microscope 12 or
Can employ any one of the white light microscopes 28. In this surface release test
In the meantime, the microscopes are positioned side by side in a vertical position,
With the other microscope positioned side by side, it is positioned above the subject 44.
It can be decided.
Maintain contact between the probe and the test object while testing individual circuits
It is desirable to look at another part of the circuit. At very high magnification, the field of view of the microscope
To be relatively narrow, so that all desired areas of the test object can be observed,
Horizontal displacement of the microscope with respect to the fixed probe may be required. Therefore, professional
The station device 10 allows for precise adjustment of the microscope position, and
Micro-controller with Z-axis control,
Accurate positioning of individual probes by using the manipulator 26
Also allows.
In order to facilitate the description of the illustrated probe station 10, the linear displacement is represented by X,
Expressed on the Y and Z axes. Referring to FIG. 1 and FIG.
The front surface is a surface on which the eyepiece of the microscope 11 is installed, and is “left” and “left”.
"Right" means the person in the user's position, i.e.
Used in relation to a standing person. The X axis is the horizontal direction, and the Y axis is
The Z axis refers to the vertical direction.
FIG. 3A illustrates a carrier support illustrating a vertical wafer / finished device carrier 16.
5 shows an embodiment of the tool 50. The receiver 18 and the mount base 32 are a normal wafer chamber.
4 is attached to the X, Y stage that has been replaced with the
4 is provided for mounting. The subject 44, that is, the wafer
To load / unload completed devices or finished parts or wafers
The carrier 16 accommodating this is inserted into the receiver 18. For wafer testing,
In order to firmly fix the position of the DUT subject 44, the carrier 16
Is immediately evacuated. When the subject 44 is a semiconductor wafer
In this case, a vacuum can be created using the annular vacuum ring or opening of the carrier 16.
Wear. For completed parts, the DUT is inserted into carrier 16 and receiver 18 shortly thereafter.
Into a socket soldered to a PCB, such as a standard socket card to be inserted.
No vacuum is needed because it is turned on. In addition, many emission-sensing settings
Used with and without the movable probe 30
Fixed position probe card (see reference numeral 20 in FIGS. 1 and 3B)
Can be additionally used as another example to stimulate the circuit under test. With one example
FIG. 3B shows a carrier support 52 according to another embodiment. Fixed position probe
The application of the card 20 requires a flattening adjustment and a suitable process for the DUT subject 44.
A suitable holder 48 is used in addition to the rotational alignment for the movement adjustment. PC
B Attachment member or fixed position Probe card 20 with microscope and card simultaneously
It can be moved and used for mounting with the microscope 23.
Thus, the probe station 10 with the rotatable microscope array is
Means for supporting the subject 44 to be tested in a vertical plane;
Support it from the back to eliminate the possibility of breaking
The subject 44 in the vertical position, ie, the wafer and the completed part
Enables visualization and detection of articles. To enable observation of the emitted photons,
Need to remove the material of the finished device or make their backside thinner
In some cases, for example, when the probe 30 is used on the front side, the wafer 44
Equipment for supporting the wafer carrier 16 is provided. This is the wafer
Provided when there is a risk of breakage. 2 to 4 grams per probe
If dozens or more probes are used, the machine
Mechanical stress has a significant significance. Especially when the back side of the wafer is thin
Serious. Therefore, the inspection of the emission microscope 11 is
Without disturbing the elephant area, a pair of supporting the wafer specimen 44 from the back surface.
A positionable structure 46 is provided. These supports 46 are adjustable.
To observe the entire wafer area without disturbing the light emission position
It has become.
FIG. 4 shows the addition of an observation component for the emission microscope objective indicated by reference numeral 42.
FIG. 2 is another perspective view of the device of FIG. Additional parts are pushed towards the back of the wafer
And a seal cup 42 constituting a seal. When the seal cup 42 is pressed,
In the gap created by the sealing cup 42, for example, the objective lens or the DUT material
Filled with a refractive liquid such as a liquid emulsion with the same refractive index as the individual glass elements
You. Here, the refractive index should be equal to that of the objective lens if the best results can be obtained.
Alternatively, the refractive index of any glass element of the DUT material may be used. The purpose here is
To increase the optical efficiency of the system by reducing light loss that occurs at the boundary of
. The seal cup 42 is also used to support the back surface of the wafer subject 44.
Can be.
Emission microscopy can help identify bad spots with high sensitivity.
Delicate hand to facilitate accurate positioning of defects with refractive liquid
Is the law. Therefore, the microscope 23 has a refractive index substantially equal to that of the glass layer of the subject 44.
Positioned to observe the back surface of the subject 44 through the fluid, liquid or oil
Thereby responding to the test signal applied to the subject by the probe 30
The light attached to the microscope 23 to acquire a light emission image of the back surface of the subject 44
When generating a light emission image using the emission response camera 24, the optical sensitivity is increased.
Swelling.
Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that
It should be understood that some modifications may come up. Also, the spirit of the present invention
And all such changes and modifications that fall within the scope are claimed.
Should be understood.
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【要約の続き】
対象領域を露出し、被検体の裏面に位置決めされる。────────────────────────────────────────────────── ───
[Continuation of summary]
The target region is exposed and positioned on the back surface of the subject.